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    實驗室建設解決方案

    實驗室設計

    構建專業實驗室是公司使命。構,原意"架筑"?!痘茨献?middot;氾論訓》:"筑土構木以為宮室。"高誘注:"構,架也,謂材木相乘架也。"后引申為"構思",意指作家、藝術家在孕育作品過程中所進行的思維活動。從選取、提煉題材,醞釀、確定主題,一直到探索最適當的表現形式和結構方式。構思決定創作者的知、情、理、意等心理要素匯合成的完整心理結構。

    在構建專業實驗室的流程中,"構"的部分至關重要,它包括了實驗室的定位、規劃以及工藝等各專業設計,是實驗室建設的基礎和靈魂。設計是形成理念以及將實驗室建設需求和理念落地的關鍵一環,沒有專業而前瞻的規劃與設計不可能成就專業的實驗室。

    規劃設計

    實驗室定位是規劃設計的指引,實驗室的類型、品質、風格以及管理原則不同,規劃設計會有所不同。確定實驗室定位后,綜合考慮實驗樓在園區功能規劃、單體規劃、樓層規劃,考慮相應的配套設施和交通組織等,單體規劃會影響樓體的建筑結構和外形,同時還會影響整體實驗室工藝的流程設計、工藝優化等。

    規劃設計的原則

    安全可靠:實驗室系統管理、功能布局、安全防控、靈活智能等角度綜合考慮,確保實驗室技術人員、樣品、數據、儀器和環境的安全,保證實驗數據、測試結果的真實可靠。
    服務為先:在規劃設計中,充分考慮到客戶的需求,力求設計人性化,以服務客戶作為實驗室設計建設的重要原則。
    節能環保:在充分展示實驗室特色的基礎上,優化實驗室系統工程設計,妥善處理三廢,盡可能做好節能、節水,低碳環保。
    高效智能:與國際先進技術接軌,通過智能化手段,提升實驗室工作效率,賦能實驗室。
     
    工藝設計

    實驗室建設不同于普通建筑,他需要工藝設計先行。工藝設計在規劃方案基礎上,進一步落地實驗室建設專業的、具體的、特殊性的需求。

    專項設計

    1. 基本功能設計

    基本功能設計涵蓋水、電、氣、通風、照明、裝修、家具等專業工程,實現了實驗室建設的基本需求。

    (1)強電設計:目標是保障實驗室照明、儀器設備、動力設施等的供電及用電安全。根據實驗室特點,重點在對大型儀器配電提出解決方案,保障大型儀器安全配電,排除諧波干擾穩定供電;同時設計用電設備的接地保護,防雷防干擾保護;對于特定儀器,采取UPS、雙路供電設計,避免在突然斷電的情況下對儀器造成不必要的損壞,接地系統宜采取單獨的接地保護。

    (2)弱電設計:實驗室弱電有門禁、監控、通信、電話、網絡等系統設計。

    (3)給排水設計:目標是對實驗室供水、排水、熱水、純水及污水等各類水系統的規范設計及需求保障。設計考慮上,要選取合理的管道走向和預留,盡量考慮步入式管道井,為后期維修創造條件;增加實驗室建筑的柔性以延長使用壽命;實驗過程會產生很多的腐蝕性的有機溶劑和酸堿性溶液,排水系統設計要具有耐腐蝕性的管材,要合理選材;在純水供應上,如純水使用量不大,可在實驗室單獨設計簡易純水設備,如果用水量多,可以考慮集中純水供應系統。

    (4)通風設計:是實驗室設計中的重點,設計目標是排除或降低實驗室內的有毒有害氣體,凈化實驗室內空氣,達到滿足各類實驗工藝要求(如恒溫恒濕、潔凈實驗室、生物安全實驗室、特殊實驗室等)、人員安全、樣品和實驗環境的要求。


    (5)空調設計:除了通風系統外,實驗室還需要一個環境的舒適性的環境,包括一些特殊區域,對溫濕度有特殊要求的儀器等,對溫度和濕度等空氣參數進行專業暖通空調設計。

    (6)自控設計:自控系統主要實現實驗室的合理氣流走向和正負壓的控制,有效保證實驗室安全及工作人員健康。自控系統設計包括房間壓力控制系統、通風柜VAV控制系統、送排風機控制系統(含變頻控制系統)、易燃易爆氣體泄露報警、低壓報警系統、節能控制系統等。

    (7)供氣設計:實驗室供氣設計始終遵循安全的設計原則,首先,氣瓶間必須采取的專業的通風、防爆措施;其次,氣路系統要有泄露報警、緊急切斷和強排風等裝置;第三,為了保證氣體純度和氣壓的穩定性,必須進行多級減壓供氣,設置氣路吹掃、排空等設施。

    (8)裝飾設計:實驗裝修不同于普通的工裝,在設計、選材和施工等方面要考慮防水、防滑、防塵、防腐蝕、防靜電、防干擾、防振動等要求,結合一些精密儀器的用水、用電、用氣,以及使用環境的特殊要求進行設計施工。同時,實驗室裝修與每一個分項工程交叉銜接,息息相關,必須對實驗室的通風、空調、給排水、電氣、消防、純水、潔凈和供氣等專業進行總體部署和協調,防止建筑擁堵、錯位,合理設計、施工和管理,使復雜的工程變得井然有條。

    (9)家具設計:以人為本,以舒適、安全、環保為基準,色彩上注重于實驗室的整體協調性;布局上,設計注重實驗室家具能夠與各類儀器設備共同布置,具備較高的靈活性。

    (10)土建設計:實驗室不同于一般的民用建筑,對層高、承重、柱間距和防火等都有特殊要求,實驗室的土建設計,需要配合規劃和工藝設計要求,進行專項預留設計。

    (11)潔凈實驗室設計

    潔凈實驗室要保護實驗人員的安全,防止感染細菌和病毒;保護實驗樣品的安全,防止污染,確保實驗結果的準確性。其建設要點包括:工藝布局合理,根據需要設置更衣、風淋和緩沖間,做到人流、物流、污物流三流清晰,避免交叉感染;裝飾材料應易于清潔消毒、耐腐蝕、不起塵、不開裂、光滑防水,相交位置做圓弧處理,無縫對接;空調凈化系統的劃分應有利于實驗室的消毒滅菌、自動控制系統的設置和節能運行;采用潔凈空調系統,設粗、中、高三級空氣過濾器,排風與送風連鎖;氣流有序,由清潔區向半污染區和污染區流動。

    (12)生物安全實驗室設計

    對氣流組織有較高要求,同時需要根據凈化級別設置不同換氣次數,對裝修的材質也有一些特殊的需求,墻面和頂面一般是使用彩鋼板,地面PVC;通風方面需要使用凈化機組,采取上送下排的方式。


    2. EHS設計

    即實驗室的安全、健康、環保節能設計,體現了實驗室的可持續發展理念和功能;實驗室不單純是一個工作環境,也是實驗人員長期生活的環境,所以EHS設計重在考慮實驗室安全、節能環保,以及實驗人員的健康保護等。

    (1)安全設計:體現在保護人員、儀器設備、實驗環境三方面的安全。

     在人員安全方面,進行合理的實驗室布局,滿足消防規范和實驗人員逃生通要求。在危險實驗區域設置安全設施,例如洗眼器、緊急噴淋、安全防護用品等。對易燃易爆物品進行分類存儲,同時設置防泄露報警裝置等。
    儀器安全方面,減少消防噴淋滅火帶來的高價值設備損失,考慮氣體滅火等保護設施消防方案;

    環境安全、節能及環保方面,結合實驗室通風和局部設備排風要求,對通風系統進行綜合設計,既滿足實驗需求(換氣量、換氣次數、房間潔凈度、生物安全防護),保證實驗房間內部環境安全;又通過自動化控制、變頻風機等措施,最大限度降低通風和冷熱能耗,同時結合過濾、酸霧塔等排放凈化措施,實現實驗室廢氣的達標排放,保障外圍環境安全。

    (2)健康設計主要包括三個方面,第一個方面是對有毒氣體殘留進行控制,第二個方面是對室內噪音進行控制,第三個方面是對一些特殊的有危險的設備,要考慮對實驗室人員的安全防護。

    (3)節能設計方面,針對整體實驗建筑,可運用光伏電池,太陽能和地源熱泵等新能源,對大樓采用外保溫等措施降低能量流失;還可考慮實驗室內部的VAV控制設計,精準有效地降低能用消耗。

    (4)三廢處理設計方面,依據實驗室排放的廢物特征,有針對性地采取措施,確保達標排放。


    3. 人文、色彩、展示、標識設計

    人文設計貫穿實驗室設計的始終,設計不僅要考慮實驗室的功能和安全,也要考慮到美觀及人員的舒適性,體現在對實驗室人員的健康關懷;

    色彩設計,運用不同顏色表達實驗室的特色、氣質及空間劃分等功能;

    展示設計方面,可分為文化和技術展示兩個方面,可有效增強機構軟實力;

    標識設計方面,明晰每個實驗室的類別、安全級別和功能,提示實驗室使用人需要注意內容,完善實驗室的使用和管理。


    4. 前瞻性、先進性設計

    實驗室的研究內容和方向可能變化,因此需要考慮實驗室的靈活和前瞻性,以適應未來實驗室發展的各種可能。

    裝配式實驗室設計

    裝配式建筑是建筑形式的巨大變革,是未來建筑的發展方向。實驗室建設涉及多個專業:土建、暖通、給排水、氣體管路、弱電系統、強電系統、實驗室控制系統、實驗室家具等,各個專業交叉實施嚴重、管線碰撞頻繁、現場實施協調困難。裝配式設計,在實驗室設計階段就充分考慮施工問題,有效的解決了實驗室建設各專業的交叉問題。

    首先,利用BIM軟件對實驗室各專業系統進行3D設計和綜合,將實驗過程中的土建、暖通、給排水、氣體管路、弱電系統、強電系統、實驗室控制系統、實驗室家具等集中1:1在BIM圖紙中真實體現。

    設計師通過建模、載荷(單梁窩)計算、整體碰撞檢查,細調間距形成綜合吊架初稿圖紙,后經人工模擬顯示檢查,查閱各種管線走向美觀性和合理性,碰撞人工檢查,消除所有實施過程遇到的碰撞。

    最后,經過具備豐富施工經驗的技術經理的審查,采用漫游,電腦測繪,VR模擬現實的形式,真實檢查圖紙的可實施性,確保BIM圖紙能夠在現實中重現。

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